專利名稱：一種激光雷達與航空攝影結合的建筑物測繪方法
技術領域：
本發明涉及一種激光雷達與航空攝影結合的建筑物測繪方法，屬于利用多種遙感傳感器進行測繪、融合處理的技術領域。
背景技術：
建筑物輪廓是重要的地理空間信息，在房地產、城市規劃、災害管理、地理信息系統等領域發揮著不可或缺的作用。由于建筑物形狀千變萬化、周圍環境紛繁復雜，詳細而精確的建筑物測繪極具挑戰性，長期以來都是攝影測量與遙感領域的難點和熱點問題。航空攝影雖然能獲取豐富的地理空間信息，但是除了建筑物輪廓，還有太多復雜的光譜和紋理信息，并容易受到對比度，光照、遮擋、陰影等的影響，從而造成建筑物輪廓定位困難。機載激光雷達通過具有穿透性的激光脈沖可以快速獲取大范圍區域的精確三維空間數據。密集的激光點云提供了詳盡的高程信息。可以通過分析激光腳點的高程變化確定建筑物輪廓的位置。然而，激光脈沖是離散地打在地表的，具有很大的盲目性和不確定性，有些建筑物輪廓處可能沒有采集到點，這導致直接從點云中檢測的輪廓的水平精度較低。融合這兩種有著互補特征的數據源來檢測建筑物輪廓被認為是一個很有前途的研究方向。但是在融合處理過程中有兩個問題必須面對。一是使用什么空間特征進行融合，如何從這兩種數據源中分別提取空間特征。二是如何融合這些特征形成最終完整的建筑物輪廓。目前已有的方法主要集中在相對簡單和規則的情況下，缺乏能夠自動適應不同復雜建筑物形狀的通用方法。
發明內容
本發明的目的是提供一種激光雷達與航空攝影結合的建筑物測繪方法，充分利用兩種數據源互補的特點，分別從這兩種數據源中提取不同的建筑物特征，融合形成最終完整的建筑物輪廓。能夠自適應任意復雜形狀的建筑物。本發明通過以下步驟的技術方案來實現:
O使用機載激光雷達系統采集目標區域的三維數據，得到原始點云數據；
2)使用航空攝影系統獲取步驟I)中目標區域的影像；
3)將點云與影像配準；
4)平滑影像，并獲取影像梯度特征；
5)提取點云中建筑物輪廓點和鄰近非建筑物點，并投影到影像空間形成建筑物輪廓點緩沖區和鄰近非建筑物點緩沖區；
6)在建筑物輪廓點緩沖區和鄰近非建筑物點緩沖區的重疊緩沖區內提取建筑物邊
緣； 7)融合點云面片特征和影像邊緣特征獲得完整的建筑物輪廓； 8)對輪廓進行簡化，生成建筑物測繪產品。作為本發明的進一步改進，所述步驟6)中對重疊緩沖區和非重疊緩沖區賦予不同權值以輔助影像中的邊緣檢測。本發明采用了激光雷達與航空攝影相結合的技術，融合不同空間特征進行建筑物測繪。整個技術方案采用數據驅動的方式，無需任何規則形狀約束，能自適應不同的工作區域和任意復雜形狀的建筑物，自動化程度高。能夠減輕大范圍建筑物測繪工作的勞動強度，提高生產效率和成果質量。
圖1是本發明一種激光雷達與航空攝影結合的建筑物測繪方法的流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。實施例1
如圖1所示，本發明包括以下步驟
I)根據最終產品的要求，設定合適的參數(如掃描頻率、飛行高度等)，使用機載激光雷達系統對目標區域進行三維空間數據采集，得到原始點云數據。2)使用航空攝影獲取相同區域的高分辨率影像。現在有些機載激光雷達系統集成了航空數碼相機，可在采集激光點云數據的時候同步獲取航空影像。3)使用內、外方位元素和控制點信息，基于共線方程將二維影像和三維點云精確配準。4)將影像轉換為256級灰度圖，然后用高斯濾波器平滑影像，接著使用一階偏導的有限差分來計算梯度的幅值和方向。5)通過點云濾波將地面點和非地面點分離，然后根據面積、形狀特征從非地面點中提取建筑物點集，再根據鄰域高程變化將墻面點去除、提取屋頂面片，從而確定建筑物輪廓點和鄰近非建筑物點，并投影到配準好的影像上構建緩沖區。緩沖區的半徑稍大于點云的平均點間距，例如若點間距是I 2米，那么可設置緩沖區半徑為2米。6)上面構建的建筑物輪廓點的緩沖區和鄰近非建筑物點的緩沖區會有一部分重疊。真正的建筑物輪廓最可能位于重疊緩沖區內。據此在重疊緩沖區中對影像進行非局部最大梯度點抑制和邊緣跟蹤，從而得到影像中建筑物邊緣。7)使用形態學的邊界提取方法自動融合點云面片特征和影像邊緣特征得到完整的建筑物輪廓。首先使用形態學閉運算將屋頂面片和影像邊緣合并得到一個整體兒然后使用3X3的結構元素對J進行腐蝕得到凡再通過從J中去掉凡得到完整的建筑物輪廓。8)基于道格拉斯算法對建筑物輪廓進行簡化，生成建筑物測繪產品。實施例2
本實施例對所述第6)步中的重疊緩沖區和非重疊緩沖區賦予不同權值，能夠輔助影像中的邊緣檢測，達到更好的檢測效果。其他部分與實施例1相同。
權利要求
1.一種激光雷達與航空攝影結合的建筑物測繪方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)使用機載激光雷達系統采集目標區域的三維數據，得到原始點云數據； 2)使用航空攝影系統獲取步驟I)中目標區域的影像； 3)將點云與影像配準； 4)平滑影像，并獲取影像梯度特征； 5)提取點云中建筑物輪廓點和鄰近非建筑物點，并投影到影像空間形成建筑物輪廓點緩沖區和鄰近非建筑物點緩沖區；6)在建筑物輪廓點緩沖區和鄰近非建筑物點緩沖區的重疊緩沖區內提取建筑物邊緣； 7)融合點云面片特征和影像邊緣特征獲得完整的建筑物輪廓； 8)對輪廓進行簡化，生成建筑物測繪產品。
2.根據權利要求1所述的一種激光雷達與航空攝影結合的建筑物測繪方法，其特征在于，所述步驟6)中對重疊緩沖區和非重疊緩沖區賦予不同權值以輔助影像中的邊緣檢測。
全文摘要
本發明公開了一種激光雷達與航空攝影結合的建筑物測繪方法。融合不同空間特征進行建筑物測繪。整個技術方案采用數據驅動的方式，無需任何規則形狀約束，能自適應不同的工作區域和任意復雜形狀的建筑物，自動化程度高。能夠減輕大范圍建筑物測繪工作的勞動強度，提高生產效率和成果質量。
文檔編號G01S17/89GK103076612SQ20131000424
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月7日 優先權日2013年1月7日
發明者李勇, 安如, 許捍衛, 徐佳, 何祺勝 申請人:河海大學